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1、第2章土的物理性质及分类土力学2土的物理性质及分类主要内容土力学2土的物理性质及分类2.6 土的物理性质指标物理模型 假定模型土力学2土的物理性质及分类总质量：m=ms+mw总体积：V=Vs+Vv=Vs+Va+Vw符号：ssoil vvoid aair wwater图2-25土的三相图2.6.1土的三相草图 可用三相草图来描述土的三相组成 定义土的物理性质指标。土力学2土的物理性质及分类三相草图的意义：土的三相物质在体积和质量上的比例关系称为三相比例指标；三相比例指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密；评价土的工程性质的最基本的物理性质指标；工程地质勘察报告中不可缺少的基本内容。 土力学2土的物
2、理性质及分类2.6.2 三个实测物理性质指标三个实测物理性质指标q 直接直接测定指定指标（可在（可在实验室内直接室内直接测定）：定）： 重度、含水量、土粒比重重度、含水量、土粒比重Gs（土粒密度（土粒密度 s）。）。q 换算指算指标：其它指：其它指标均均为换算指算指标（孔隙比、饱和度）（孔隙比、饱和度）。q4个个质量比体量比体积，3个体个体积比体比体积，2个个质量比量比质量。量。土力学2土的物理性质及分类1 1、土的密度和重度、土的密度和重度土力学2土的物理性质及分类2、含水量含水量土力学2土的物理性质及分类烘箱土力学2土的物理性质及分类3、土粒比重土粒比重 Gs固体颗粒质量与同体积水固体颗粒
3、质量与同体积水(在在4时时)质量之比质量之比土力学2土的物理性质及分类表表2-7 土粒比重范围土粒比重范围土力学2土的物理性质及分类2.6.3 换算的物理性质指标换算的物理性质指标孔隙比孔隙比于是可得两者关系：于是可得两者关系：孔隙率孔隙率 土力学2土的物理性质及分类饱和度饱和度0 0S Sr r1 1饱和土：饱和土：S Sr r=1 1干土：干土：S Sr r=0 0 土力学2土的物理性质及分类土的饱和重度土的饱和重度satsat土的密度与重度的关系：土的密度与重度的关系：土的有效重度（浮重度）土的有效重度（浮重度） 土的干重度土的干重度土力学2土的物理性质及分类2.6.5 几种常用指标之间
4、关系式的推导土的三相比例指标之间可以互相换算：方法1： 由三相图及其定义计算，见教材52页例2.1。 假定V=1, 或者假定Vs=1 方法2： 由三相图导出的计算公式。 土力学2土的物理性质及分类孔隙比与孔隙率的关系 土力学2土的物理性质及分类干密度与湿密度和含水率的关系 土力学2土的物理性质及分类孔隙比与比重和干密度的关系 土力学2土的物理性质及分类当土饱和时，即为当土饱和时，即为Sr=100Sr=100则则 饱和含饱和含水率水率19饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系 土力学2土的物理性质及分类浮密度与比重和孔隙比的关系 20土力学2土的物理性质及分类指标间的换算指标间的换算气气水水土粒土粒
5、Gsw Vs11+1+e质量质量m体积体积V土的三相指标中，土的三相指标中，土粒比重土粒比重Gs ，含水量含水量和和密度密度是通过是通过试验测定的，可以根据三个试验测定的，可以根据三个基本指标换算出其余各指标基本指标换算出其余各指标Vv=eGsw Gs（1）w 推导：推导：换算关系式：换算关系式：土力学2土的物理性质及分类2.7 土的物理状态指标土的物理状态指标2.7.1 粗颗粒土的密实度（砂土的密实度）粗颗粒土的密实度（砂土的密实度）q用孔隙比用孔隙比e e可评价砂土的密实度；可评价砂土的密实度；q优缺点：优缺点：优点：应用方便、简单优点：应用方便、简单缺点：不能考虑颗粒大小、级配和形状的影
6、响缺点：不能考虑颗粒大小、级配和形状的影响q所以：所以：应与最大孔隙比与最小孔隙比比较；应与最大孔隙比与最小孔隙比比较；建立相对密度的概念。建立相对密度的概念。土力学2土的物理性质及分类最小孔隙比：砂土处于最密实状态时的孔隙比，emin用“振击法”测定。最大孔隙比：砂土处于最疏松状态时的孔隙比，emax用“松散器法”测定。相对密度：最大孔隙比、最小孔隙比的概念：最大孔隙比、最小孔隙比的概念：土力学2土的物理性质及分类举例说明建立相对密度概念的意义：举例说明建立相对密度概念的意义：结论：结论：土样土样1：密实；：密实；土样土样2：不密实：不密实土类最大孔隙比emax最小孔隙比emin实际孔隙比e
7、土样10.80.50.55土样20.60.30.55问题：问题： 哪个土样密实哪个土样密实？土力学2土的物理性质及分类1 1 用用DrDr表示砂土密实度表示砂土密实度见表2-9，铁路工程技术规范（P50） 土力学2土的物理性质及分类 当当e=emax时，Dr=0，最松状，最松状态； 当当eemin时，时，Dr=1.0，最密状态。，最密状态。 优点：可以把土的级配考虑进去，理论上较为完善优点：可以把土的级配考虑进去，理论上较为完善 缺点：缺点：emax和和emin难以准确测定，给难以准确测定，给Dr的确定带来困难。的确定带来困难。 土力学2土的物理性质及分类2、标准贯入试验方法标准贯入试验方法方
8、法：63.5kg锤，升到锤，升到76cm高，自由落下高，自由落下标准贯入器入土深度标准贯入器入土深度30cm，所需锤数为，所需锤数为N63.5显然：土力学2土的物理性质及分类规范：规范：建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB500072002) 表表2-10 ，详见第，详见第8章章判断标准：判断标准：土力学2土的物理性质及分类2.7.2 粘性土的稠度粘性土的稠度（界限含水量）（界限含水量）AtterbergAtterberg（瑞典土壤学家，（瑞典土壤学家，19111911）塑性塑性：可塑成任何形状而不发生裂缝，并在外力解除以可塑成任何形状而不发生裂缝，并在外力解除以后能保持已有的形状而
9、不恢复原状的性质。后能保持已有的形状而不恢复原状的性质。PlasticityPlasticity。在陶瓷工业、农业科学和土木工程中有广泛应用。在陶瓷工业、农业科学和土木工程中有广泛应用。 土力学2土的物理性质及分类土体体积随含水量的变化：土体体积随含水量的变化：图图2-29 含水量与体积的关系含水量与体积的关系 土力学2土的物理性质及分类土的界限含水量（土的界限含水量（Atterberg limitsAtterberg limits）v缩限：半固体状态与固体状态间的分界含水量。当含水量小于该值时，体积不发生变化。Shrinkage limit, wS。v塑限：可塑状态与半固体状态间的分界含水量
10、。Plastic limit, wP。v液限：流动状态与可塑状态间的分界含水量。Liquid limit, wL。土力学2土的物理性质及分类“界限含水量是土的一种固有的性质，与含水量无关”问题：缩限、塑限、液限是否与土样的含水量有关？注意：塑限和液限是土力学中常用的。土力学2土的物理性质及分类液限的测定：锥式液限仪（中国）；碟式液限仪（欧美，详见ASTM试验规程）。碟式液限仪碟式液限仪 平衡锥式液限仪平衡锥式液限仪 土力学2土的物理性质及分类17mm液限测定演示：土力学2土的物理性质及分类17mm液限测定演示：土力学2土的物理性质及分类液限测定演示：土力学2土的物理性质及分类土力学2土的物理性
11、质及分类塑限的测定： 搓条法测定。3mm土条。缩限的测定： 收缩皿法测定。土力学2土的物理性质及分类讨论：液限和塑限也可用光电式液塑限联合测定仪测定；试验的具体程序和步骤详见土工试验方法标准；界限含水量由重塑土测定，而现场原状土有一定结构性；所以，有时现场土含水量比液限大但地基未流动。土力学2土的物理性质及分类（1 1）塑性指数）塑性指数I IP P概念:塑性状态时含水量变化范围，IP（Plasticityindex）。 常省略常省略 %； 变化范围很大（如大于变化范围很大（如大于200）；）； 是粘性土区别于砂土的重要特征；是粘性土区别于砂土的重要特征；反映了土与水之间物理化学作用的强弱。反
12、映了土与水之间物理化学作用的强弱。土力学2土的物理性质及分类物理意义：思考：土力学2土的物理性质及分类一个问题：结论：不能。土力学2土的物理性质及分类举例说明：土类液限wL塑限wL含水量土样132%12%20%土样242%24%20%结果：结果：土样土样1：可塑态；：可塑态；土样土样2：半固态；：半固态；问题：问题： 判断土样物理状态判断土样物理状态？“必必须须建建立立含含水水量量与与界界限限含含水水量量的的关关系系”土力学2土的物理性质及分类（2 2）液性指数）液性指数IL 表表2-11 粘性土的稠度标准粘性土的稠度标准天然状态含水量和界限含水量相对关系的指标（Liquidity index
13、）。土力学2土的物理性质及分类在0到1之间。越大，表示土越软；大于1，处于流动状态；小于0，处于固体状态或半固体状态。关于IL结论：结论：土力学2土的物理性质及分类求证（1）求证（2）例题：证明：土力学2土的物理性质及分类例2-5某粘性土的天然含水量w=19.3%，液限wL=28.3%，塑限wP=16.7%。求塑性指数IP和液性指数IL，确定该土状态。查表2-11可知该土的状态为硬塑状态。IL=0.224解：IP=wL-wP=28.3-16.7=11.6土力学2土的物理性质及分类“土的工程分类是勘察、设计的首要内容”2.8土的工程分类分类存在不同体系，主要有：(1) 建设部土的分类标准(GBJ
14、l4590)； (2) 建设部建筑地基基础设计规范(GB500072002)； (3) 水利部土工试验规程(SL2371999)中的12884分类法； (4) 交通部公路土工试验规程(JTJ05193)。土力学2土的物理性质及分类分类原则和特点：2.8.1建筑地基基础设计规范(GB500072002)l对粗颗粒土，考虑了结构和粒径级配；l对细颗粒土，考虑了土的塑性和成因；l给出岩石的分类标准；l将天然土分为6大类：岩石、碎石土、砂类土、粉土、粘性土和人工填土。土力学2土的物理性质及分类天然土分为6大类：l岩石：表2-12和表2-13l碎石类土：表2-14l砂类土:表2-15l粉土：表2-16l
15、粘性土：表2-17l人工填土:表2-18 土力学2土的物理性质及分类问题：问题：土的粒组的划分和土的分类是否是一回事？土的粒组的划分和土的分类是否是一回事？（例如：粉粒组和粉土是否是一个概念）（例如：粉粒组和粉土是否是一个概念）回答：回答：粉粒组粉粒组:0.075mm=d0.005mm :0.075mm=d0.005mm 粉粉土土：大大于于0.075mm0.075mm的的颗颗粒粒含含量量不不超超过过全全重重的的50%50%，且塑性指数，且塑性指数I IP P1010的土。的土。 土力学2土的物理性质及分类分类原则和特点：2.8.2土的分类标准(GBJl4590)l考 虑 了 土 的 有 机 质
16、 含 量 、 颗 粒 组 成 特 征 以 及 土 的 塑 性 指 标 。 （总的分类体系如图2-30）；l先判断该土属于有机土还是无机土。l若属于无机土，则可先按表2-20划分其粒组。l根据土内各粒组的相对含量，将土分为：巨粒土和含巨粒土粗粒土细粒土土力学2土的物理性质及分类表2-211 巨粒土和含巨粒土表2-22、2-23、2-242 粗粒土表2-25和塑性图2-31 3 细粒土土力学2土的物理性质及分类图2-31塑性图CHclay,highCLclay,lowMHmo,highMLmo,lowOorganic粘土clay粉土mo，silt砾石gravel砂sand土力学2土的物理性质及分类
